Разработка принципиальной схемы электрооборудования

Техническая часть

Назначение и краткие технические характеристики станка тонкого

Волочения модели НТ 12А

Протяжной станок “НТ 12А” предназначен для протяжки в автоматическом режиме проволки среднего диаметра. Область применения станка: серийное производство проволки тонкого диаметра. Технические характеристики станка представлен в таблице 1.

 

Таблица 1 - Технические характеристики станка тонкого волочения НТ 12 А

Диаметр перерабатываемой заготовки, мм	1,14-2,11
Диаметр получаемой проволоки, мм	0,175-0,35
Скорость волочения, м\с	2,5-25
Прочность латунированной заготовки, Н/мм	макс.1400
Диапазон регулирования натяжения проволоки при намоте, Н	3 - 9
Время аварийного торможения, с	до 5
Напряжение питания, B
Частота сети, Гц
Температура окружающей среды, С	18-40

 

Разработка принципиальной схемы электрооборудования

 

Принципиальная схема - это схема электрических соединений, выполненная в развернутом виде. Она является основной схемой проекта электрооборудования производственного механизма и дает полное представление об электрооборудовании данного механизма, отражает работу системы автоматического управления механизмом, служит источником для составления схем соединений и подключений, разработки конструктивных узлов и оформления перечня элементов. По принципиальной схеме осуществляется проверка правильности электрических соединений при монтаже и наладке электрооборудования. От качества разработки принципиальной схемы зависит четкость работы производственного механизма, его производительность и надежность в эксплуатации.

Составление принципиальной электрической схемы производственного механизма проводится на основании требований технического задания. В процессе составления принципиальной схемы уточняются также типы, исполнения и технические данные электродвигателей, электромагнитов, конечных выключателей, контакторов, реле и т. п. На принципиальной схеме все элементы каждого электрического устройства, аппарата или прибора показываются отдельно и размещаются для удобства чтения схемы в различных местах ее в зависимости от выполняемых функций. Все элементы одного и того же устройства, машины, аппарата и т. п. снабжаются одинаковым буквенно-цифровым обозначением. Ha схеме показываются все электрические связи между входящими в нее элементами электрооборудования.

Разработка схемы электрической принципиальной включает в себя:

- описание работы по принципиальной схеме;

- анализ вариантов возможных технических решений;

- расчет мощности и выбор электродвигателей;

- расчет и выбор аппаратов управления и защиты.

1.2.1 Описание работы по принципиальной схеме. Для подготовки станка к роботе необходимо включить основной автоматический выключатель QF1. После чего происходит подготовка станка к включению т.е. включаются оставшиеся автоматические выключатели QF2,QF3,QF4,QF5,QF6,QF7 (каждый них предназначен для определенного участка). После того как все автоматические выключатели включены запитываются трансформаторы ТV1 и TV2. ТV1 запитывает диодный мост VD1…VD4, который подает выпрямленное напряжение ±24В на схему управления. Трансформатор TV2 запитывает блоки питания А4 и А5. При подаче напряжения на схему управления запитывается катушка магнитного пускателя КМ5(аварийное реле), которая замыкает свои контакты на участке, управляющим станочной автоматикой. Станок готов к запуску.

Для запуска станка необходимо нажать пусковую кнопку SB2, которая запитывает катушку КМ2 и счетчик метража Р1. Контакты КМ2 замыкаются в цепи катушек КМ1,КМ3,КМ4 и КТ1. Контакт катушки КТ1 также замыкает свой контакт в цепи катушки КМ4 и одновременно с этим, контакты катушки КМ4 замыкают свои контакты в цепи катушки КМ1 что приводит к запитке этой катушки, КМ4 замыкает свои контакты параллельно контакту КМ2 и с становится на самопитание. Когда запитываются катушки магнитных пускателей КМ1 и КМ3 они замыкают свои основные контакты в цепи двигателей М1 и М2, и при помощи контактных приставок запитываются вентиляторы М4 и М5. Одновременно с этим катушка КМ1 замыкает свои контакты в цепи питания UZ1, подавая сигнал на преобразователь частоты для запуска двигателя М1, также КМ4 замыкает свои контакты в цепи питания UZ2 и UZ3, запуская двигатели М2 и М3. Станок работает в номинальном режиме.

Для завершения работы станка необходимо нажать размыкающую кнопку SB1, которая отключит питание катушки пускателя КМ2. После отключения питания катушки КМ2 размыкаются ее контакты в цепях катушек пускателей КМ1,КМ3,КМ4 и КТ1. Пускатель КМ1 отключит свои контакты в цепи двигателей М1,М4 и преобразователя UZ1. Реле времени КТ1 после отключения питания через задержку времени отключит КМ3 и КМ4 (запоздалая остановка). КМ3 отключает свои контакты в цепи двигателей М2 и М5. КМ4 отключит свои контакты в цепи преобразователей UZ2 и UZ3, что при повторном запуске в подготовительном режиме не даст двигателям получить сигнал на запуск.

Для полного отключения питания станка необходимо сразу отключить дополнительные автоматические выключатели QF2,QF3,QF4,QF5,QF6,QF7. После чего необходимо отключить главный автоматический выключатель.

1.2.2Анализ вариантов возможных технических решений. В нынешнее время одним из основных направлений деятельности Республики Беларусь является энергосбережение. Одним из самых эффективных способов уменьшить энергопотребление – это сделать электропривод управляемым. Управляемый электропривод имеет более высокий КПД по сравнению с неуправляемым и возможность регулирования скорости. До появления частотных преобразователей самыми распространенными были силовые тиристорные преобразователи. Совместно с двигателями постоянного тока они составляли управляемый электропривод, но сейчас самым выгодным способом энергосбережения стал частотный преобразователь, используемый совместно с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором. Поэтому в данном дипломном проекте будет проводится модернизация электрооборудования путем применения более эффективных и надежных электроаппаратов.

Преобразователь частоты - это устройство, которое применяется для плавного регулирования скорости вращения асинхронных, синхронных двигателей, которое способно преобразовать переменный ток промышленной частоты в переменный, требуемой частоты и амплитуды.

Основные задачи, которые предстоит решать частотным преобразователям для электродвигателя состоят не только в экономии энергоресурсов, но и в увеличении срока службы оборудования. Преимущества выбора частотного преобразователя — высокая точность в управлении двигателями. Основными достоинствами преобразователей частоты являются:

- высокая точность регулирования;

- экономия электроэнергии в случае переменной нагрузки (то есть работы электродвигателя с неполной нагрузкой);

- равный максимальному пусковой момент;

- возможность удалённой диагностики привода по промышленной сети;

- распознавание выпадения фазы для входной и выходной цепей;

- учёт моточасов;

- повышенный ресурс оборудования;

- уменьшение гидравлического сопротивления трубопровода из-за отсутствия регулирующего клапана;

- плавный пуск двигателя, что значительно уменьшает его износ;

- управляемое торможение и автоматический перезапуск при пропадании сетевого напряжения;

- подхват вращающегося электродвигателя;

- стабилизация скорости вращения при изменении нагрузки;

- значительное снижение акустического шума электродвигателя;

- дополнительная экономия электроэнергии от оптимизации возбуждения электродвигателя.

1.2.3 Выбор типа напряжения источников питания. На промышленных предприятиях наиболее широко применяется четырехпроводная система трехфазного переменного тока напряжением 380 В с глухим заземлением нейтрали, поэтому используем данное напряжение для питания силовой части схемы.

Питание схемы автоматики станка имеет ряд специфических особенностей:

− стандарт безопасности труда ГОСТ12.20.09–75 регламентирует при наличии в цепях управления пятнадцати и боле контактов или пяти и более катушек электромагнитных аппаратов применение напряжения 24, 48, 110 и 220 В постоянного тока и 24, 48, 110 В переменного;

− источник питания системы должен иметь достаточную мощность и обеспечивать требуемое напряжение у электроприемников.

− для получения пониженных напряжений необходимо применять понижающие трансформаторы, при необходимости – специальные стабилизированные источники питания, применять резисторы делителей напряжения, автотрансформаторы с непосредственным питанием от сети запрещается.

Учитывая перечисленные требования для питания электроавтоматики станка принимается напряжение 380 В переменного тока, для питания катушек пускателей, реле - 24 В постоянного тока.

Работа оборудования определяется схемой электрической принципиальной ДП ЭП.00.00.000 Э3.

1.2.4 Расчет мощности и выбор электродвигателей. Расчет мощности и выбор электродвигателей для электрических приводов производится согласно расчетам, по характеристическим таблицам справочников по следующим параметрам:

− номинальная мощность двигателя;

− скорость вращения двигателя;

− величина и вид питающего напряжения;

− по исполнению и климатическим условиям.

Привод главного движения будет осуществляться от асинхронного трехфазного электродвигателя промышленной серии АИР, выполненной для питающего напряжения 380 В. Исходя из таблицы номиналов мощностей выбираем электродвигатель типа АИР250S6, технические характеристики которого представлены в таблице 2. Также в таблице 2 представлены двигатель намота и укладчика.

Таблица 2 – Технические характеристики двигателей

Тип электродвигателя	Мощность, кВт	Синхронная частота вращения, об./мин.	Ток, А	KПД, %	Коэффициент мощности	Кратность пускового тока
АИР250S6				92,5	0,85
АДМ100S2	4,0		7,8		0,88
5А50МВ2	0,12		0,4		0,75	4,5

 

Определим номинальный ток электродвигателя М1

 

(1)

где Р – мощность электродвигателя, кВт;

U_ном – напряжение сети, В;

cosφ = коэффициент мощности;

– КПД двигателя (определяется по каталогу).

Аналогично рассчитываем токи двигателей М2 и М3 и занесем их в таблицу 2.

Определим пусковой ток двигателя М1

 

(2)

где λ – Кратность пускового тока;

Аналогично рассчитываем токи двигателей М2 и М3 для упрощения расчетов аппаратов защиты.

 

Вентиляторы М4 и М5 используются для охлаждения основного двигателя и электрооборудования. Вентилятор М4 выбираем и рассчитываем относительно двигателя М1, который он охлаждает; вентилятор М5 не изменяем, так как в этом нет необходимости (он изначально был рассчитан на охлаждение шкафа управления). Мощность вентилятора М4 определяем по формуле

 

, (3)

где Р – мощность электродвигателя вентилятора, кВт;

Q – производительность вентилятора, м³/сек;

А – переводной коэффициент (принимаем равным 102);

Н – давление создаваемое вентилятором, Па;

– КПД вентилятора (определяется по каталогу);

для осевых вентиляторов = 0,5-0,85;

– КПД передачи.

Используя мощность и остальные характеристики выбираем вентилятор ВО–3,5. В таблице 3 указаны основные характеристики вентиляторов охлаждения, используемых в станке НТ 12А.

 

Таблица 3 – Технические характеристики вентиляторов

Вентилятор		Синхронная частота вращения, об/мин	Производи тельность, м3/сек	Звуковая мощность, дБ
Мощность, кВт
ВО–3,5	0,55
RP 40-20/20-4D EX	0,28

 

1.2.5 Расчет и выбор аппаратов управления и защиты. При выборе аппаратуры управления и защиты руководствуемся следующими требованиями:

− напряжение и номинальный ток аппаратуры должен соответствовать напряжению и допустимому длительному току цепи. Номинальные токи аппаратуры защиты выбирают по возможности наименьшими по расчетным токам отдельных приемников, аппаратура защиты не должна отключать цепь при кратковременных нагрузках (при пуске электродвигателей);

− аппаратура управления должна без повреждений включать пусковой ток элетроприемников и отключать полный рабочий ток, без разрушения допускать отключение пускового тока;

− при коротких замыканиях по возможности должна быть обеспечена селективность работы защитной аппаратуры с ниже- и вышестоящей защитной и коммутационной аппаратурой;

− аппаратура защиты по своей отключающей способности должна соответствовать токам короткого замыкания в начале защищаемого участка, отключение электроприемника ложно производиться с наименьшим временем;

− аппараты защиты должны обеспечивать надежное отключение одно- и многофазных коротких замыканий в сетях с глухо-заземленной нейтралью;

− аппараты должны выбираться по соответствующим климатическим условиям УХЛ4, УХЛ3.

Исходными данными для расчета трансформатора служат номинальные средние значения выпрямленного тока и напряжения. Технические характеристики трансформаторов приведены в таблице 4.

 

Таблица 4 – Технические характеристики трансформаторов

Тип трансформатора	Мощность, Вт	Полная мощность, ВА	Напряжение 1й обмотки трансформатора, В	Напряжение 2й обмотки трансформатора, В
NDK 400 400/230
NDK 200 400/24

Реле времени РВК 11-33-101УХЛ4 также оставляем без изменений т.к. принцип работы схемы управления не изменятся относительно первоначальной схемы.

Основные параметры, по которым производится выбор магнитных пускателей:

− номинальное напряжение контактов;

− номинальный ток контактов;

− по количеству контактов;

− по напряжению питания катушки реле.

Номинальное напряжение, на которые рассчитаны контакты должно быть равно или больше напряжения, которое используется в схеме коммутации:

 

, (4)

где U_нагр − напряжение нагрузки, В.

 

Номинальный ток контактов должен быть так же больше расчетного тока, который будет коммутироваться контактами в данной схеме:

 

, (5)

где I_нагр − ток нагрузки, А.

 

Номинальное напряжение катушки должно соответствовать номинальному напряжению источника питания цепи управления:

 

, (6)

где U_пс − напряжение питающей сети, В.

 

Выбор магнитного пускателя производим на примере КМ1, предназначенного для подключения питающей сети электропривода М1:

 

 

 

 

По полученным параметрам выбираем магнитный пускатель типа ПМЛ6204УХЛ4. Выбор остальных магнитных пускателей производится аналогично. Результаты выбора сведены в таблицу 5.

 

Таблица 5 – Выбор магнитных пускателей

Обозначение по схеме	Тип аппарата	Напряжение катушки, В	Номинальное напряжение контактов, В	Номинальный ток, А	Тип контактной приставки	Общее число контактов
КМ1	ПМЛ 6204УХЛ4	±24	~380		ПКЛ 20	6г+1з+1р
КМ2	ПМЛ 11000УХЛ4	±24	±24			3з
КМ3	J7KNA-12-10-24VS	±24	~380		J73N-A-40	6г
КМ4	ПМЛ 11000УХЛ4	±24	±24		ПКЛ 13	4з+3р
КМ5	ПМЛ 11000УХЛ4	±24	±24			2з

 

Выбор автоматического выключателя произведем на примере QF1. Параметры выбранных автоматических выключателей приведены в таблице 6.

Номинальное напряжение автоматического выключателя составит 380 В. Величина тока будет равна сумме номинальных токов всех двигателей и трансформаторов электроавтоматики и составит:

 

, (7)

 

При этом ток уставки составит

 

А, (7)

 

Таблица 6 – Параметры автоматических выключателей

Обозначение по схеме	Тип аппарата	Расчетный ток, А	Номинальный ток расцепителя, А	Количество полюсов	Расчетное напряжение, В
QF1	ABS203b 150A	98,4
QF2	LST 100B/3
QF3	BKN 3P C4A	1,3
QF4	BKN 3P B10A	7,8
QF5	BKN 3P C4A	2,4
QF6	BKN 2P B4A	0,4
QF7	BKN 2P DB4A	0,8

Выбор кнопок управления, тумблеров и путевых выключателей производится по следующим условиям:

− по номинальному напряжению контактов, которое выбирается по

формуле (4);

− по номинальному току контактов, который выбирается по

формуле (5);

− по количеству контактов;

− по исполнению толкателя.

Конечные выключатели остаются без изменений т.к. принцип работы станка не изменился и не требует замены конечных выключателей:

− SQ1,SQ2 – конечный выключатель AKF 12;

− SQ3 – конечный выключатель A22E-M;

− SQ4...SQ6 – конечный выключатель A22−FB−A22-10;

− SQ7...SQ9 – конечный выключатель A22−FА−A22-10;

Кнопки управления SB1,SB2 остаются без изменения, а кнопки SB3...SB8 выбираем относительно необходимых параметров:

− SB1,SB2 – кнопки управления КЕ 191 исп. 2;

− SB3...SB5 – кнопки управления КЕ 011 исп.4;

− SB6...SB8 – кнопки управления КЕ 191 исп.3;

 

Выбор предохранителей в цепи управления производится по следующим параметрам:

− номинальному напряжению сети;

− номинальному току нагрузки.

Расчет предохранителей сводится к определению расчетного тока, протекающего через плавкую вставку.

Находим номинальный ток цепи по формуле (8)

 

, (8)

где I_цепи – номинальный ток, А;

 

Производим расчет плавкой вставки по формуле (9)

 

, (9)

 

По полученным данным выбираем предохранитель ПРС 6 с вставкой плавкой ПВД I 4У3